材料的制备与成型加工

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5-1  材料的制备原理及方法
9 E& E5 S' E8 h7 J5-1-1  金属材料的制备
/ H" D, y) k0 n: Z/ }- ]7 m1.       铁的制备
原理：
- g; u" _4 y. {( [3 J                               直接还原：以C为还原剂，FeO+C=Fe+CO，高炉下部高温区进行
①     还原（反应）                                                   
间接还原：以CO为还原剂   
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' U2 Y$ o( d5 U) h8 U  y% A0 _  
②     造渣（反应）：加入一定量熔剂与矿石中
脉石和焦碳中灰份作用：生成一种多氧化物的熔体
" a. y5 l8 I) ]) C1 _1 }* J7 x/ o3 `目的是促使需要元素进入铁水，让有害杂质进入渣中除去
造渣反应十分复杂，总体上是酸性氧化物与碱性氧化物的中和反应。
主要熔剂：石灰石（CaCO3），锰矿石（脱氧、脱硫剂）等
高炉炼铁原料主要用铁矿石、焦碳、石灰石、锰矿石和一些铁石代用品组成。
5 J1 N3 ~# p5 Z  A0 c% ~$ T铁矿石：Fe含量<30%无开采价值
! Q% `; @% u( _# t  @              Fe含量>40%可直接冶炼，铁矿石主要有四种：
+ O: o+ @5 r. j& D; M( j磁铁矿（Fe3O4）、赤铁矿（Fe2O3）、褐铁矿（FeCO3）、菱铁矿（Fe2O3·mH2O）
    焦碳要求：含炭量要高，灰份要少，含P、S愈低愈好，发热值愈高愈好，且有适当的气孔率以保证料柱的透气性和足够的机械强度
    高炉内型构造及作用，见图5-1和P448

2.       钢的制备
- |( Q' ^$ V/ Q3 z* M4 O钢是含碳量<2.11%，并含有少量C、Si、Mn、S、P元素的铁碳合金
" O0 {- r4 d& y1 ]生铁含碳量较高（>2.11%），含Si、Mn、S、P、杂质量较高
炼钢的目的：①降低生铁中碳含量，②去除有害杂质，③添加适量的合金元素

炼钢原理：
2Fe+O2→2FeO
6 x8 Q2 g8 d  O, ?  |$ w. pSi+2FeO→SiO2+2Fe            氧化后钢液中存在较
① 杂质氧化（通入氧气）         Mn+FeO→MnO+Fe      →    多的FeO和大量的气
3 y: ~; ?. A) d! iC+FeO→CO+Fe                  泡，必须加以除去
9 @) e/ c, \) _7 ]$ ^. n, ]2P+5FeO→P2O5+5Fe
; g# Q. ?9 |/ z& N! b2 ]       2FeO+Si→SiO2+Fe
              ② 脱氧（还原）（加入脱氧剂）       FeO+Mn→MnO+Fe
                                                                      3FeO+2Al→Al2O3+3Fe
整个炼钢过程就是氧化和还原过程，关键是清除钢水中杂质，其中最主要的因素是造渣和除渣，仍需加入熔剂造渣
                            平炉炼钢
钢的制备方法       电炉炼钢
+ q2 P) r7 a# R# b# V  R3 F                            纯氧顶吹转炉炼钢（LD法），代表当前炼钢发展方向
炼钢原料：
3 _. h5 `- Q- K& d0 c+ S0 _6 b- v9 O       金属料：铁水、生铁块、废钢、铁合金
3 J! }. ]9 h1 Z5 o1 l       造渣材料：石灰、萤石、白之石
! n2 G- @, ^% Z2 H- z0 X       氧化剂：氧气、铁矿石、氧化铁皮
. W7 ^; u- O" P; ~3 q8 W       脱氧剂：硅、锰、铝及铁合金
       冷却剂：废钢、铁矿石、氧化铁皮
LD法的设备及工艺见图5-2，P450-452
& y+ s. \! d% V2 v- S3.       非铁合金的制备
①     铜的制备
0 v7 P; @3 M: B. l2 g5 X火法炼铜法：冰铜的冶炼→粗铜的吹炼→铜的精炼
制备方法        
湿法炼铜法：用溶液浸泡铜矿石，使铜从矿石中浸出，再从浸出液
中将金属铜析出
/ X6 w7 H+ g. Y* H# Q, d- E    其中火法炼铜法占主导地位。具体工艺、设备见图5-4、5-3、5-5和P454-457
②     铝的制备
) Y/ B6 ]1 k( h9 p" m' O6 K7 Ii）Al2O3的制备
7 z1 s5 G2 T' Z* T! h' d; h, A$ B/ P                      湿碱法：铝矿石+NaOH溶液→2NaAlO2水溶液
制备方法                       Al(OH)3 Al2O3
                      干碱法：铝矿石+CaCO3+Na2CO3   烧结块
NaAlO2水溶液 Al(OH)3 Al2O3L
% Z. V* s/ z# O  O5 T$ jii）Al2O3的电解
6 J* o% s. c: W/ }7 v) l                             Al++++3e→Al                               阴极       铝纯度达99.7%
1 `' f$ ^, K/ f/ UAl2O3
  A4 O% w% R0 T+ `7 {  ~6 N                             2AlO3––––6e→Al2O3+ O2 阳极
电解槽见图5-6